(57)【要約】【課題】光取り出し効率の高い面発光装置を提供する。【解決手段】対向する２つの主面のうちの一方の面を発光面とし他方を反射面として入射面である端面から入射される光を発光面から出射させる導光板と、入射面側に設けられた光源とを備えた面発光装置において、光源から出射される光のうちの強度が最も強い光である光軸方向の光が反射面によって反射され、さらに反射面によって反射された光軸方向の光の一次反射光が発光面から出射されるように、光源と導光板とを配置した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの主面のうちの一方の面を発光面とし他方を反射面として入射面である端面から入射される光を前記発光面から出射させる導光板と、前記入射面側に設けられた光源とを備えた面発光装置において、
前記光源から出射される光のうちの強度が最も強い光である光軸方向の光が少なくとも前記反射面によって反射されるように、前記光源と前記導光板とを配置した面発光装置。
【請求項２】
前記光源と前記導光板とを、前記反射面によって反射された前記光軸方向の光の一次反射光が前記発光面から出射されるように配置した請求項１記載の面発光装置。
【請求項３】
前記光軸方向を前記発光面に対して傾斜させた請求項１又は２記載の面発光装置。
【請求項４】
前記入射面と前記発光面とのなす内角を９０°より大きくし、前記光源の光軸方向が前記入射面と垂直になるように前記光源を設置したことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の面発光装置。
【請求項５】
前記反射面は曲面であり、その曲面の接線方向と前記発光面とのなす角度が側面に近くなるほど大きくなるように設定された請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の面発光装置。
【請求項６】
前記反射面は第１の反射面と第２の反射面からなり、前記第１の反射面と前記第２の反射面とが交わる境界線は両側の側面から等距離にあり、かつ前記第１の反射面と前記第２の反射面はそれぞれ、側面に近いほど前記発光面との間隔が小さくなるように形成されている請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の面発光装置。
【請求項７】
前記入射面に対向する端面、前記反射面、及び前記側面は、反射部材で覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の面発光装置。
【請求項８】
前記反射面に入射される光軸方向の光の入射角が、全反射臨界角より大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の面発光装置。
【請求項９】
前記導光板は、アクリル樹脂又はポリカーボネイト樹脂からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の面発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点光源から発する光を面発光させるための導光板を用いた面発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
面発光装置は、液晶ディスプレイ等のバックライトとして、広く用いられており、通常、導光板と点光源を組み合わせて構成される。導光板は、光源から入射された光が直接又は反射面で反射された後、発光面から出射されることにより、発光面全体が面で発光する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２０００−２２７５２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の面発光装置は、入射面と反対側の端面から光が失われ発光面から出射される光の取り出し効率が低いという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、発光面から出射される光の取り出し効率が高い面発光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る面発光装置は、対向する２つの主面のうちの一方の面を発光面とし他方を反射面として入射面である端面から入射される光を前記発光面から出射させる導光板と、前記入射面側に設けられた光源とを備えた面発光装置において、前記光源から出射される光のうちの強度が最も強い光である光軸方向の光が少なくとも前記反射面によって反射されるように、前記光源と前記導光板とを配置したことを特徴とする。
このような構成とすることによって、入射面に対向する端面からの光の漏れだしを抑えることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【０００７】
本発明に係る面発光装置では、前記光源と前記導光板とを、前記反射面によって反射された前記光軸方向の光の一次反射光が前記発光面から出射されるように配置することがより好ましい。
これにより、入射面に対向する端面からの光の漏れだしをより効果的に抑えることができ、光取り出し効率をより向上させることができる。
【０００８】
本発明に係る面発光装置では、前記光軸方向を前記発光面に対して傾斜させることにより、入射面に対向する端面からの光の漏れだしを抑えることができる。
【０００９】
本発明に係る面発光装置では、前記入射面と前記発光面とのなす内角を９０°より大きくして、前記光源の光軸方向を前記入射面と垂直になるように前記光源を設置するようにしてもよい。このようにすると、光源からの光を効率良く導光板内部へ取り入れることができる。
【００１０】
本発明に係る面発光装置では、前記反射面を曲面とし、その曲面の接線方向と前記発光面とのなす角度が側面に近くなるほど大きくなるようにしても良く、そのようにすると、側面からの光の漏れだしを抑制できる。
【００１１】
本発明に係る面発光装置では、前記反射面を、境界が両側の側面から等距離にあるように形成された第１の反射面と第２の反射面により構成し、前記第１の反射面と前記第２の反射面をそれぞれ、側面に近いほど前記発光面との間隔が小さくなるように形成するようにしてもよい。
このようにしても、側面からの光の漏れだしを抑制できる。
【００１２】
本発明に係る発光装置では、前記入射面に対向する端面、前記反射面、及び前記側面は、反射部材で覆われていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る発光装置では、前記反射面に入射される光軸方向の光の入射角が、全反射臨界角より大きいことが好ましい。
【００１４】
本発明に係る発光装置では、前記導光板は、アクリル樹脂又はポリカーボネイト樹脂からなることが好ましい。
このように、アクリル樹脂又はポリカーボネイト樹脂などの透光性樹脂を用いることによって、高い透過率を得ることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。しかし、本発明はこれらの実施の形態に限るというものではなく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用し得る。
【００１６】
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の面発光装置は、発光ダイオード５から出射された光を導光板８の発光面８２全体に広げて発光させる面発光装置である（図１）。そして、発光ダイオード５から出射される光のうち、強度が最も強い光軸方向の光が導光板８の反射面８１で全て反射されるように、発光ダイオード５と導光板８とを配置することにより、強度の最も強い光軸方向の光が入射面８３の反対側に位置する端面から漏れることがないように発光ダイオード５の光軸を下方に傾けて構成したことを特徴としている（図２）。
尚、発光ダイオード５の光軸を下方に傾けるとは、発光面８２と光軸とのなす角が（０°より）大きくなるように、発光面８２に対して反射面８１側に光軸を傾けることをいう。
【００１７】
また、本実施の形態１の面発光装置において、図２に示すように、導光板８の反射面８１で１度だけ反射された光軸方向の光（一次反射光Ｌ１）が入射面８３の反対側に位置する端面から漏れることがないように、発光ダイオード５の光軸を下方に傾けて、発光ダイオード５を配置することが好ましい。
これにより、強度の最も強い光軸方向の光Ｌ０が入射面８３の反対側に位置する端面から直接漏れるのを防止できる上に、比較的強度の高い光軸方向の光の一次反射光Ｌ１が入射面８３の反対側に位置する端面から漏れるのを防止でき、発光ダイオード５から出射された光をより効果的に発光面から出射できる。
【００１８】
一方、発光ダイオード５の光軸を下方に傾けるといってもその程度には限度があることはいうまでもない。
具体的には、図３に示すように、発光ダイオード５から出射される光軸方向の光が、反射面８１から導光板９の外部に放出されないように、少なくとも反射面８１において光軸方向の光Ｌ０が全反射条件を満足するように傾き角度の上限はは制限される。尚、後述のように、反射面８１の外側に反射部材を設ける場合であっても反射面８１から導光板９の外部に放出された光の一部は失われることになる。したがって、反射部材を設ける場合であっても、この全反射条件を満たしていることが好ましい。
【００１９】
以上のことから、本実施の形態１の面発光装置では、導光板８に入射された光軸方向の光Ｌ０が最初に反射面８１で反射される地点（すなわち、発光ダイオードの光軸を下方に傾ける角度）は、少なくとも光軸方向の光の一次反射光が入射面の反対側の端面から出射されることがなく、かつ少なくとも反射面８１において全反射条件を満足するような範囲内で、発光面における輝度が均一になるように設定される。
図３を参照しながら説明すると、導光板８に入射される光軸方向の光Ｌ０が最初に反射面で反射される地点（言いかえれば、発光ダイオードの光軸を下方に傾ける角度）は、光軸方向の光の反射面８１に対する入射角θが、θｃ≦入射角θ≦θｍａｘを満足する範囲に設定されることが好ましい。
ここで、θｍａｘは、図３に示すように、反射面８１で反射された一次反射光Ｌ１が発光面８２の入射面８３とは反対側の端部から出射されるときの、反射面８１に対する入射角であり、θｃは、反射面８１における全反射の臨界角である。
【００２０】
尚、導光板の一端面（入射面）から光を入射した場合、導光板を通過する距離が長くなるほど導光板８による光の吸収等により光が減衰すること、入射面８３から離れるにしたがって、直接発光面８２から出射される光（図３に示す光Ｌ２のように、反射面８１で反射されることなく発光面８２から出射される光）が弱くなること等により、通常は発光面８２における輝度は入射面８３から離れるほど低くなる傾向がある。したがって、本実施の形態１の面発光装置において、導光板９に入射される光軸方向の光Ｌ０が最初に反射面８１で反射される地点は、入射面８３から離れた位置の輝度の減少を補うために、光軸方向の光の一次反射光Ｌ１が入射面８３の反対側の端面から出射されない範囲で、入射面８３から離れた位置（遠い位置）に設定することが好ましい。
【００２１】
以下、本実施の形態１の面発光装置の個々の構成要素について説明する。
本実施の形態１の面発光装置において、導光板８は、一方の主面を発光面８２としその発光面８２に対向する他方の主面を反射面８１とし、入射面８３である一端面から離れるにしたがって発光面８２と反射面８３の間隔が狭くなるようにテーパー状に構成されている。
【００２２】
また、導光板８は、透光性樹脂により構成され、屈折率が１．４〜１．７程度のアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等からなることが望ましい。アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等の透光性樹脂は透過率が良好であるので、光取り出し効率が向上する。
【００２３】
（光源）
本発明の面発光装置では光源として発光ダイオード５を使用した。しかしながら本発明では、導光板８の入射面８３と光学的、機械的に接続可能なものであり、導光板８に光を照射することができれば、どのような光源５を用いてもよい。具体的には、冷陰極管、熱陰極管、白熱電極、又は、半導体材料を用いたＬＥＤなどが挙げられが、特にＬＥＤを用いることで、面発光装置の小型化が可能となる。
【００２４】
ＬＥＤには、ＬＥＤダイスをパッケージングしたＳＭＤタイプを用いることができる。パッケージ内に載置されるＬＥＤダイスは、種々の発光が可能となるように、赤、緑、青（ＲＧＢ）がそれぞれ発光可能なものが用いられ、それぞれのＬＥＤダイスを隣接させて配置させることが好ましい。このようなＬＥＤダイスとして、種々の発光が可能な半導体発光素子を用いることができ、具体的にはＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＮなどの半導体を発光層に利用したものが挙げられる。また、半導体層の材料やその混晶比によって、半導体素子の発光波長を紫外光から赤外光まで種々の選択が可能である。更に、量子効果を持たせるため、発光層を薄膜とした単一量子井戸構造や多量子井戸構造とすることもできる。
【００２５】
さらに、液晶パネル等に用いられる白色バックライトの光源として用いる場合は、ＲＧＢの３原色のみならず、ＬＥＤダイスからの発光色と、これらによって励起され発光する蛍光物質との混色光を利用することができる。本発明に用いられる蛍光物質は、上記したようにＬＥＤダイスからの光を変換させるものであり、パッケージ内にＬＥＤダイスを載置後モールドする際に蛍光物質が含有された樹脂を充填させることで、パッケージ外部へ出射される光の波長変換が可能である。ＬＥＤダイスからの光がエネルギーの高い短波長の可視光（例えば青色光）である場合、有機蛍光体であるペリレン系誘導体やＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ＹＡＧ：ＣｅやＥｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などの無機蛍光体など種々好適に用いられる。特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を利用した場合は、その含有量によってＬＥＤダイスからの青色光の一部を吸収して、補色となる黄色系の発光が得られることから、これらの混色によって白色系の光を比較的簡単に信頼性良く外部へ出射することができるため好ましい。同様に、Ｅｕ及び／又はＣｒで付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２蛍光体を利用した場合は、ＬＥＤダイスからの青色光を一部吸収して、補色となる赤色系の光を発することから、これらの混色光によって白色光を得ることができる。
【００２６】
（反射部材）
本実施の形態１の面発光装置において、反射面８２の外側に反射面８２に接して又は近接して対向するように反射部材を設けることが好ましい。この反射部材は、例えば、金属を蒸着したシートもしくは金属板等により構成でき、反射面から導光板外部に漏れた光を再び導光板の内部に戻して発光面から出射させることができ、光取り出し効率を高めることができる。反射部材９に使用される金属は、反射率のよいものであればどのようなものでもよいが、好ましくはアルミニウムである。
【００２７】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の面発光装置は、図４に示すように、導光板の入射面８３ａを発光ダイオード５の光軸を傾ける角度に対応させて傾斜させている。
具体的には、入射面８３ａと発光面８２のなす角γがγ＞９０°となるようにして、光源５の光軸方向と入射面８３ａとが垂直となるように設置する。
以上のように構成することにより、実施の形態１と同様に、光取り出し効率を向上させることができる上、さらに光源を傾けて配置することが容易になる。
【００２８】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の面発光装置は、実施の形態１の導光板においてさらに反射面８１ａが以下のような曲面で構成され、側面８４ａ，８４ｂからの光の漏れだしを防止している。すなわち、本実施の形態３の導光板の反射面８１ａは、その縦断面（入射面に平行な面における断面）において、中央部分が外側に膨らむように湾曲させている。
これにより、本実施の形態３の面発光装置では、実施の形態１と同様に、導光板８の端面からの光の漏れだしを防止することができるとともに、さらに導光板８の側面８４ａ，８４ｂからの光の漏れだしを防止できる。
【００２９】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の面発光装置は、反射面８１ｂが第１の反射面８５ａと第２の反射面８５ｂの２つの面によって構成されていることを特徴とし、これにより側面８４ａ，８４ｂからの光の漏れだしを防止している。
ここで、第１の反射面８５ａと第２の反射面８５ｂとの境界は両側の側面から等距離にあり、第１の反射面８５ａと第２の反射面８５ｂはそれぞれ、側面８４ａ，８４ｂに近いほど発光面８２との間隔が小さくなるように形成されている。
このように構成された実施の形態４の面発光装置は、実施の形態３の面発光装置と同様の作用効果を有する。
【００３０】
以上の実施の形態１〜４では、発光ダイオード（光源）５の光軸を傾けることにより、光源から入射された光のうち、少なくとも光軸方向の光（又は光軸方向の光と光軸方向の光が反射面によって反射された一次反射光）が直接入射面と反対側に位置する端面から出射されるのを防止した。
しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、図７に示すように、導光板８の入射面８３における光軸方向の光が入射される入射点Ｐ８３、発光面８２に対する反射面８１の傾斜角度等を調節することによって、発光ダイオード（光源）５の光軸を下方に傾けることなく、少なくとも光軸方向の光（又は光軸方向の光と光軸方向の光が反射面によって反射された一次反射光）が直接入射面と反対側に位置する端面から出射されるのを防止するようにしてもよい。
以上のようにしても、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る面発光装置では、前記光源から出射される光のうちの強度が最も強い光である光軸方向の光が少なくとも前記反射面によって反射されるように、前記光源と前記導光板とを配置したので、入射面に対向する端面からの光の漏れだしを抑えることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の面発光装置の平面図。
【図２】実施の形態１の導光板部分の模式的な断面図。
【図３】実施の形態１において、光の経路を説明するための模式的な断面図。
【図４】本発明に係る実施の形態２の面発光装置における導光板の模式的な断面図。
【図５】本発明に係る実施の形態３の面発光装置における導光板の模式的な縦断面図。
【図６】本発明に係る実施の形態４の面発光装置における導光板の模式的な縦断面図。
【図７】本発明に係る変形例の面発光装置における導光板の模式的な断面図。
【符号の説明】
５  発光ダイオード（光源）、
８  導光板、
８１  反射面、
８２  発光面、
８３  入射面、
８４ａ，８４ｂ  側面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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